plc的结构和工作原理课件

plc的結構和工作原理2.1PLC的硬體結構

PLC是微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物，PLC是一種工業控制用的專用電腦，是由硬體系統和軟體系統兩大部分組成。

1.主機系統

為適應工業過程現場輸入/輸出信號的匹配，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模組單元：

①開關量輸入單元：把現場各種開關信號變成PLC內部處理的標準信號。分為直流輸入單元和交流輸入單元，分別如圖2.2和圖2.3所示。圖2.2直流開關量輸入單元圖2.3交流開關量輸入單元2.開關量輸出單元：它的作用是把PLC的內部信號轉換成現場執行機構的各種開關信號。按照現場執行機構使用的電源類型的不同，開關量輸出單元可分為:電晶體輸出方式用於直流輸出負載雙相晶閘管輸出方式用於交流輸出負載繼電器觸點輸出方式即可用於直流、又可交流

特別應指出的是，由於繼電器模式具有實際中斷點，可以從物理上切斷所控制的回路，同時這種模式既適合於直流情況又適合於交流情況，因此這種模式在開關頻率不太高的情況下是首選的輸出控制方案。圖2.4給出了這種輸出方案的原理圖。圖2.4繼電器模式輸出單元3.模擬量輸入單元模擬量輸入在過程控制中的應用很廣，如常用的溫度、壓力、速度、流量、酸鹼度、位移的各種工業檢測都是對應於電壓、電流的模擬量值，再通過一定運算(PID)後，控制生產過程達到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從感測器通過變換後得到的，模擬量的輸入信號為4～20mA的電流信號或1～5V、-10～10V、0～10V的直流電壓信號。模擬量輸入單元的作用是把現場連續變化的模擬量標準信號轉換成PLC內部處理的、由若干位表示的數字信號。模擬量輸入單元一般由濾波、A/D轉換器、光耦合器隔離等部分組成。4.模擬量輸出單元作用是把PLC運算處理後的若干位數字量信號轉換成相應的模擬量信號然後輸出，以滿足生產過程現場連續信號的控制要求。模擬量輸出單元一般由光耦合器隔離、D/A轉換器和信號轉換等部分組成。模擬量輸出模組是將中央處理器的二進位數字信號轉換成4～20mA的電流輸出信號或0～10V、1～5V的電壓輸出信號，以提供給執行機構。因此模擬量輸出模組又叫D/A轉換輸出模組。可編程序控制器的軟體系統PLC除了硬體系統外，還需要軟體系統的支持，共同構成PLC。PLC的軟體系統由系統程式和用戶程式兩大部分組成。

1.系統程式系統程式由PLC的製造企業編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產品提供給用戶。系統程式包括系統管理程式、用戶指令解釋程式和供系統調用的標準程式模組等。由於通過改進系統程式可以在不改變硬體系統的情況下大大改善PLC的性能，因此系統程式也在不斷升級和完善。

2.用戶程式用戶程式是根據生產過程控制的要求由用戶使用製造企業提供的編程語言自行編制的應用程式。用戶程式包括開關量邏輯控制程式、模擬量運算程式、閉環控制程式和操作站系統應用程式等。

(1)開關量邏輯控制程式。它是PLC用戶程式中最重要的一部分。

(2)模擬量運算程式及閉環控制程式。通常，它是在大中型PLC上實施的程式。

(3)操作站系統程式。它是大型PLC系統經過通信聯網後，由用戶為進行資訊交換和管理而編制的程式。2.2可編程序控制器的系統結構PLC的結構分為整體式和模組式兩類圖2.3

整體式PLC組成框圖

圖2

.4模組式PLC組成框圖

2.3可編程序控制器的技術性能基本技術性能

存儲容量

I/O點數

掃描速度

指令的功能與數量

內部元件的種類與數量

特殊功能單元

可擴展能力

PLC的記憶體分配及容量PLC的記憶體分配系統程式存儲區

系統RAM存儲區

用戶程式存儲區

PLC的容量

PLC的容量包括I／O點數和用戶存儲容量兩個方面：通常I／O點數是根據被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。用戶程式存儲容量（位元組）＝開關量I／O點數×10＋

模擬量I／O通道數×100可編程序控制器的工作過程

PLC上電後，就在系統程式的監控下，周而復始地按固定順序對系統內部的各種任務進行查詢、判斷和執行，這個過程實質上是一個不斷迴圈的順序掃描過程。一個迴圈掃描過程稱為掃描週期。

PLC在一個掃描週期內基本上要執行以下六個任務：

(1)運行監控任務。為了保證系統可靠工作，PLC內部設置了系統監視定時器WDT，WDT的時間設定值一般為掃描週期的2～3倍，通常為100～200ms。

(2)與編程器交換資訊任務。編程器在PLC的外部設備中佔有非常重要的地位，用戶把應用程式輸入到PLC中，或對應用程式進行線上運行監視和修改都要用到它。編程器在完成處理任務或達到資訊交換的規定時間後，就把控制權交還給PLC。2.4可編程序控制器的工作過程及原理

(3)與數字處理器(DPU)交換資訊任務。一般大中型PLC多為雙處理器系統，一個是位元組處理器(CPU)，另一個是數字處理器(DPU)

，在一般小型PLC中是沒有這個任務的。

(4)與外部設備交換資訊任務。如果沒有連接外部設備，則該任務跳過。

(5)執行用戶程式任務。系統的全部控制功能都在這一任務中實現。

(6)輸入/輸出資訊處理任務。PLC的輸入/輸出過程

PLC的工作方式是週期掃描方式，所以其輸入/輸出過程是定時進行的，對用戶程式而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態暫存區的信號，而不是實際的信號。運算處理後的輸出信號被放入輸出信號狀態暫存區中，而不是直接輸出到現場的。

PLC週期性的輸入/輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求回應時間小於掃描週期的控制系統則不能滿足，這時可以用智慧型輸入/輸出單元或專門的軟體指令，通過與掃描週期脫離的方式來解決。PLC的中斷輸入處理過程

PLC的中斷輸入處理方法同一般電腦系統是基本相同的，即當有中斷申請信號輸入後，系統要中斷正在執行的相關程式而轉向執行中斷副程式；當有多個中斷源時，它們將按中斷的優先順序有一個先後順序的排隊處理。系統可以通過程式設定允許中斷或禁止中斷。

PLC的中斷源資訊是通過輸入單元進入系統的。

PLC的中斷源有優先順序，一般無嵌套關係。

PLC的工作原理

PLC的工作原理與電腦的工